双贵金属-碳纳米材料在重金属离子检测中的应用

滕柳梅 ，林 震

(1.重庆文理学院新材料技术研究院, 四川 重庆 402160；2 中国电子科技集团公司第二十六研究所，四川 重庆 400000)

双贵金属-碳纳米材料在重金属离子检测中的应用

滕柳梅1，林 震2

(1.重庆文理学院新材料技术研究院, 四川 重庆 402160；2 中国电子科技集团公司第二十六研究所，四川 重庆 400000)

阐述了重金属离子的检测方法以及采用电化学检测法时可采用的各种材料，包括金属纳米材料、碳纳米材料、有机聚合物以及生物材料等。总结和展望了双贵金属材料和碳纳米材料相结合在重金属离子检测中的应用前景。

双贵金属；重金属离子；电化学传感器

随着人类对重金属的开采、冶炼以及加工等活动的深入，大量重金属进入大气、水、土壤等环境中，从而引起了重金属污染的严重化。尽管部分重金属元素是人类生命活动所必须的微量元素，但由于重金属不能被生物降解，具有生物累积性，可以在环境中积累和作物体内残留，通过食物链富集，最终进入食物链顶端的人类体内[1]。在日常生活中，重金属主要以离子形式存在于污染水体中，常见的重金属离子有：镉离子(Cd2+)、汞离子(Hg2+)、银离子(Ag+)、铜离子(Cu2+)、铅离子(Pb2+)等。因此，及时、准确、高灵敏测定环境中重金属离子浓度是预防、控制和治理重金属污染的基础和前提。

1 重金属离子的检测方法

目前重金属分析方法按照检测原理分主要有：光谱法、比色法、生物化学法以及电化学方法等。其中传统检测重金属的方法有原子吸收光谱法、原子发射光 谱法、电感耦合等离子质谱法、荧光分光光谱法、激光诱导击穿光谱法以及液相色谱分析法等。这些传统检测重金属离子的方法仪器价格昂贵、操作复杂，设备笨重，不能实时实地进行现场检测，这使得他们的应用受到了很大程度上的限制[2]。目前最受人们青睐的方法是电分析化学法，电分析化学法在化学成分分析中是一种公认的快速、灵敏、准确的微量和痕量分析方法。近几十年发展起来的表面和界面分析化学使得电分析化学跻身于高科技技术领域[3]，促进电分析化学的发展和在材料、医学、生物以及环境方面的应用。目前常用电化学检测方法有电沉积法、方波伏安法、阳极溶出伏安法、阴极溶出法和电位溶出法等。湖南大学[4]采用电沉积法将石墨烯-金修饰电极与对汞离子有特性识别功能的DNA结合用于构建高灵敏度的传感器来检测汞离子。Laila[5]利用藻酸盐修饰石墨毡作为工作电极构建电化学传感器，通过方波伏安法可获得较强的峰面积，该传感器操作简单，成本低廉并能成功地同时检测汞离子和铅离子。

2 重金属电化学传感器的研究进展

2.1 金属纳米材料

金属纳米材料具有独特的电学、光学和催化性能，不仅可以直接用于修饰电极，还可以通过官能团与其他的小分子或生物分子连接修饰电极，可用于各种高特异性重金属离子传感器。。贵金属具有化学惰性、高导电性并具有生物活性，将其制备成纳米材料用于传感器的修饰电极中可大大提高重金属离子检测的灵敏度。Moghimi等[6]人在以硅为基底上电沉积双金属FePt、 FeAu、 FePd和 AuPt纳米粒子用于对生活饮用水中的砷离子进行检测，并获得了很好的线性范围和检出限。

2.2 碳纳米材料

碳纳米材料由于其表面不易被氧化，导电性能好，氢超电位高，背景电流小，价格便宜等优点，使其成为了实现重金属离子检测的理想材料。目前很多碳纳米材料，如碳纳米粒子，碳纳米管，石墨烯，富勒烯等。通常情况下，它们很少单独用来检测重金属离子而是作为吸附剂或预富集材料用于传感器中。如：GAO等[7]人用硫瑾作为信号分子，利用石墨烯加强信号，制备出免标记电化学传感器检测Pb2+。

2.3 有机聚合物

导电聚合物或者螯合聚合物可以通过聚合单体或修饰聚合物在电极表面上，可以通过与重金属离子进行配位，从而用于构建重金属离子传感器。常用的导电聚合物如：聚苯胺，聚吡咯，聚乙炔等，这些聚合物通常可以通过与无机纳米材料结合从而用于制备灵敏度较高的重金属离子电化学传感器。湖南大学罗胜联教授[8]将石墨烯和聚吡咯复合材料修饰到玻碳电极表面，研究了GRPPy/GC 电极对重金属汞的检测。

2.4 生物材料

基于生物材料为修饰电极检测重金属离子的的电化学传感器叫重金属电化学生物传感器，是近年来出现的一种全新的重金属离子检测分析方法。原理是重金属离子与生物活性分子上的特定基团相结合，通过生物识别元件被识别从而使生物活性分子变性产生生物识别型号，以特异性识别目标物的生物活性材料作为识别元件进行重金属离子的特异性检测。由于生物材料种类繁多，应用领域广阔，生物传感器已成为目前的研究热点，尤其是酶传感器和DNA[9]传感器在重金属离子检测中发挥了重要的作用。山东大学王楠等[10]用氧化石墨烯与金纳米离子结合修饰电极基于T-Hg2+-T采用差分脉冲法检测Hg2+。

3 结论和展望

近年来，人们并不满足于单独一种材料的使用，而是采用几种具有优异电化学性能的材料一起用于重金属电化学传感器的构建中。特别是纳米材料与其他材料的结合尤为受人青睐。纳米材料由于其量子尺寸效应和表面效应，可把传感器的性能提高到新的水平，使其不仅检测的速度快、精度高、可靠性好，还能实现多功能化和选择检测。贵金属修饰电极用于电化学传感器检测重金属离子主要是利用部分贵金属可以与很多重金属离子形成低温合金，能够帮助重金属离子在剪辑表面的还原和氧化溶出，从而提高电极对重金属离子的检测灵敏度。由此，在重金属离子检测的新发展中提出以下几点展望：

(1)结合碳纳米材料的特殊性能，进一步设计双贵金属-碳纳米材料新型微纳界面，构建一种新型的微纳界面电化学传感器，根据双贵金属对重金属离子的选择性提高传感器的灵敏度和选择性。(2)进一步深入研究双贵金属-碳纳米材料电化学传感器检测重金属离子的反应机理。(3)进一步拓展研究对象，将研究深入到实际样品中，同时提出双贵金属-碳纳米材料电化学传感器同时检测多种重金属离子的可能性，排除其他离子干扰，扩大应用范围。

[1] Cui L, Wu J, Ju H.Electrochemical sensing of heavy metal ions with inorganic, organic and bio-materials[J].Biosensors and Bioelectronics, 2015, 63: 276-286.

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[10] Wang N, Lin M, Dai H X, et al. Functionalized gold nanoparticles/reduced grapheme oxide nanocomposites for ultrasensitive electrochemical sensing of mercury ions based on thymine-mercury-thymine structure[J].Biosensors and Bioelectronics, 2016 ,79:320-326.

(本文文献格式：滕柳梅 ，林 震.双贵金属-碳纳米材料在重金属离子检测中的应用[J].山东化工，2016，45(16)：69-70.)

Application of Double Precious Metal -carbon Nano Materials in Detection of Heavy Metal Ions

TengLiumei1,LinZhen2

(1.Research Institute for New Materials Technology, Chongqing University of Arts and Sciences, Chongqing 402160,China; 2.Institute of China Electronics Technology Group Corporation 26,Chongqing 400000,China)

The paper discusses the detection methods of heavy metal ions and electrochemical techniques can be used in a variety of materials, including metal nanometer materials, carbon nano materials, organic polymer, biological materials and so on. Application prospect of double precious metal -carbon nano materials in detection of heavy metal ions was summarized.

double metal; heavy metal ions; electrochemical sensor

2016-06-12

重庆文理学院校级项目(Y2014CJ27)

滕柳梅，女，重庆永川人，重庆文理学院助理实验师，硕士，现主要从事扫描电镜，原子力显微镜以及电化学传感器的相关研究院。

O657.1

A

1008-021X(2016)16-0069-02